UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL DO
CONCRETO: INFLUÊNCIA DA CURA
LEANDRO MELO ANDRADE E SILVA
Goiânia, GO
2016
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Resistividade elétrica de concretos com diferentes relações água/aglomerante e curas, Notas de estudo de Evolução
Uma comparação da evolução da resistividade elétrica superficial de concretos com diferentes relações água/aglomerante e curas submersas. As figuras ilustram a variação da resistividade elétrica superficial dos concretos com relações água/aglomerante de 0,81, 0,50 e 0,35, sem cura e com cura submersa por 7 e 14 dias. Além disso, são investigados concretos com relações água/aglomerante de 0,35 e 0,50, com resistência à compressão de 60 mpa, sem cura, com cura submersa por 7 e 14 dias. O documento também discute a relação entre a redução do consumo de cimento e a resistividade elétrica do concreto.
O que você vai aprender
- Qual é a influência da microestrutura do concreto sobre sua resistividade elétrica?
- Como a redução do consumo de cimento afeta a resistividade elétrica do concreto?
- Quais são os efeitos da cura submersa sobre a resistividade elétrica superficial dos concretos?
- Quais são as diferenças na resistividade elétrica superficial de concretos com diferentes relações água/aglomerante?
- Qual é a relação entre a resistividade elétrica do concreto e a relação água/aglomerante?
Tipologia: Notas de estudo
2022
1 / 68
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL DO
CONCRETO: INFLUÊNCIA DA CURA
LEANDRO MELO ANDRADE E SILVA
Goiânia, GO
LEANDRO MELO ANDRADE E SILVA
RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL DO
CONCRETO: INFLUÊNCIA DA CURA
Monografia de Projeto Final de Curso, apresentada à Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás, como requisito para obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil. Área de Concentração : Engenharia Civil. Orientador : Profº. Drº. Enio Pazini Figueiredo.
Goiânia, GO
Dedicatória
À minha família que sempre está ao meu lado em todos os momentos, aos meus amigos, verdadeiros companheiros de todas as horas, e à minha namorada, minha musa inspiradora.
Bom mesmo é ir a luta com determinação, abraçar a vida com paixão, perder com classe e vencer com ousadia, pois o triunfo pertence a quem se atreve... Charlie Chaplin
ABSTRACT
The surface electrical resistivity of the fresh and hardened concrete states can be influenced by factors such as degree of hydration, the water / binder ratio (w / b), aggregate content and existence of armour. This study objective is to evaluate the performance and behavior of the electrical resistivity of the concrete´s surface based on the influence of the curing time and the w/b ratio. The actual measured were divided into three groups, where C-0,81 represents the specific group with w/b ratio = 0.81 and compressive strength = 20 MPa; C-0,50 is the concrete with w/b ratio= 0.50 and 40 MPa; and C-0,35 represents the concrete with the ratio of 0.35 and compressive strength of 60 MPa. The curing procedures applied to the three groups were: dry cure, cure submerged up to seven days and cure submerged up to fourteen days. This study the results showed that in the higher ratio w/b, the porosity of the sample is greater, and this increases the electrical resistivity. Regarding the dry cured concrete, it had higher resistivity vs submerged concrete.
Keywords : Electrical resistivity concrete. Concrete. Water/binder ratio. Curing.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1. Resistividade elétrica do concreto versus relação água/cimento. 19 Figura 2.2. Resistividade elétrica versus temperatura. 22 Figura 2.3. Medida da resistividade elétrica do concreto através do método do eletrodo externo. 25 Figura 2.4. Método dos dois pontos para medidas de resistividade elétrica do concreto. 26 Figura 2.5. Esquema elétrico para determinação da resistividade elétrica volumétrica. 27 Figura 2.6. Técnica de Wenner para medida de resistividade elétrica superficial do concreto. Figura 3.1 - Fôrmas utilizadas e concretagem dos corpos-de-prova prismáticos. 32 Figura 3.2 - Corpos-de-prova de 20 e 60 MPa no estado endurecido. 33 Figura 3.3 - Moldagem dos corpos-de-prova cilíndricos. 33 Figura 3.3. Equipamento de medição utilizado nas medidas de resistividade elétrica superficial do concreto. 35 Figura 3.4. Equipamento de medição aferindo medidas de resistividade elétrica superficial do concreto em um dos corpos-de-prova prismático. 36 Figura 4.1 - Resistências à compressão dos concretos com uma relação água aglomerante de 0,81. 38 Figura 4.2 - Resistências à compressão dos concretos com uma relação água aglomerante de 0,50. 39 Figura 4.3 - Resistências à compressão dos concretos com uma relação água aglomerante de 0,35. 40 Figura 4.4 - Comparativo entre os crescimentos das resistências à compressão axial dos concretos com relação água/aglomerante de 0,81, 0,50 e 0,35. 41 Figura 4.5 - Evolução da resistividade elétrica superficial do concreto com relação água/aglomerante de 0,81 nas primeiras 24 horas. 42 Figura 4.6 - Evolução da resistividade elétrica superficial do concreto com relação água/aglomerante de 0,50 nas primeiras 24 horas. 42 Figura 4.7 - Evolução da resistividade elétrica superficial do concreto com relação água/aglomerante de 0,35 nas primeiras 24 horas. 43 Figura 4.8 - Comparativo entre a evolução da resistividade elétrica superficial dos concretos com relação água/aglomerante de 0,81, 0,50 e 0,35 sem cura nas primeiras 24 horas. 44
Figura 4.27 - Evolução da resistividade elétrica do concreto C-0,35, de 14 a 91 dias. 57 Figura 4.28 - Comparativo entre a evolução da resistividade elétrica superficial dos concretos com relação água/aglomerante de 0,81, 0,50 e 0,35, sem cura, de 14 até 91 dias. 58 Figura 4.29 - Comparativo entre a evolução da resistividade elétrica superficial dos concretos com relação água/aglomerante de 0,81, 0,50 e 0,35, com cura submersa por 7 dias, de 14 até 91 dias. 58 Figura 4.30 - Comparativo entre a evolução da resistividade elétrica superficial dos concretos com relação água/aglomerante de 0,81, 0,50 e 0,35, com cura submersa por 14 dias, de 14 até 91 dias. 59 Figura 4.31- Evolução da resistividade elétrica superficial das 3 misturas sem cura, com cura por 7 dias e com cura por 14 dias. 60 Figura 4.32 - Perfil da umidade relativa durante os 91 dias. 60 Figura 4.33 - Evolução da resistividade elétrica do concreto C-0,81, de 241 a 255 dias e de 534 a 547 dias. 61 Figura 4.34 - Evolução da resistividade elétrica do concreto C-0,50, de 241 a 255 dias e de 534 a 547 dias. 61 Figura 4.35 - Evolução da resistividade elétrica do concreto C-0,35, de 241 a 255 dias e de 534 a 547 dias. 62 Figura 4.36 - Comparativo entre a evolução da resistividade elétrica superficial dos concretos com relação água/aglomerante de 0,81, 0,50 e 0,35, sem cura, de 241 até 255 dias, e de 534 até 547 dias. 63 Figura 4.37 - Comparativo entre a evolução da resistividade elétrica superficial dos concretos com relação água/aglomerante de 0,81, 0,50 e 0,35, com cura submersa por 7 dias, de 241 até 255 dias, e de 534 até 547 dias. 63 Figura 4.38 - Comparativo entre a evolução da resistividade elétrica superficial dos concretos com relação água/aglomerante de 0,81, 0,50 e 0,35, com cura submersa por 14 dias, de 241 até 255 dias, e de 534 até 547 dias. 64 Figura 4.39 - Perfil da Umidade Relativa nos dias 241a 255e nos dias 534 a 547. 64
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1. Traços dos 3 diferentes tipos de concreto. 31 Tabela 3.2 - Rompimento dos corpos-de-prova cilíndricos de 20 MPa, 40 MPa e 60 MPa. 34 Tabela 3.3: Procedimento de medida da resistividade elétrica superficial do concreto nos corpos-de-prova prismáticos. 35 Tabela 4.1 - Resultados dos ensaios de resistência à compressão em corpos de prova cilíndricos. 37
SUMÁRIO
- RESUMO
- ABSTRACT
- LISTA DE FIGURAS
- LISTA DE TABELAS
- LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
- INTRODUÇÃO
- 1.1. MOTIVAÇÃO
- 1.2. OBJETIVOS
- 1.2.1. Objetivo geral
- 1.2.2. Objetivo específico
- RESISTIVIDADE ELÉTRICA
- CONCRETO 2.1. FATORES QUE INFLUENCIAM A RESISTIVIDADE ELÉTRICA DO
- 2.1.1. Relação água/cimento
- 2.1.2. Cura e grau de hidratação do cimento
- 2.1.3. Agregados
- 2.1.4. Temperatura
- 2.1.5. Carbonatação
- 2.1.6. Adições minerais
- 2.1.7. Aditivos
- 2.1.8. Teor de umidade
- 2.2. MEDIDA DA RESITIVIDADE ELÉTRICA DO CONCRETO
- 2.2.1. Método do eletrodo externo
- 2.2.2. Método dos dois eletrodos
- 2.2.3. Método da resistividade elétrica volumétrica
- 2.2.4. Método dos quatro pontos ou Método de Wenner
- MATERIAIS E MÉTODOS
- 3.1. CONCRETO E CORPOS-DE-PROVA
- PROVA PRISMÁTICOS 3.2. MEDIDA DA RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL NOS CORPOS-DE-
- APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
- 4.1. RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL
- 4.2. RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL NAS PRIMEIRAS 24 HORAS
- 4.3. RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL DO 1º DIA ATÉ O 7º DIA
- 4.4. RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL DOS 7 AOS 14 DIAS
- 4.5. RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL DOS 14 AOS 91 DIAS
- 4.6. RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL DOS 241 AOS 255 DIAS, E DOS
- AOS 547 DIAS
- CONCLUSÕES
- 5.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. INTRODUÇÃO
1.1. MOTIVAÇÃO
O concreto é um dos materiais de construção mais antigos e ainda hoje é um dos materiais mais utilizados na construção civil devido a sua grande versatilidade e variedade de uso. É constituído basicamente de um aglomerante, o cimento Portland, agregados de diferentes tamanhos (areia, brita, etc.), e água, podendo ainda, conter aditivos ou componentes especiais (fibras, polímeros, etc.). O produto final é um material resistente, relativamente durável e barato (ARAÚJO, 2000).
Porém, apesar de possuir alta resistência às tensões de compressão, o concreto possui baixa resistência às tensões de tração, imprescindíveis na fabricação de peças estruturais necessárias no mundo moderno. Para aumentar a resistência à tração exigida na construção, adicionou-se outro elemento, o aço, dando origem, assim, ao que chamamos de concreto armado.
O concreto armado foi considerado, por muito tempo, o material estrutural definitivo e perpétuo, apresentando fácil moldagem, e podendo ser fabricado em várias formas e tamanhos, com baixo custo em relação aos outros materiais, grande resistência à água e excelente interação entre o aço e o concreto.
As excelentes características mecânicas e a razoável durabilidade do concreto armado se dão pela barreira física e proteção química que o concreto exerce sobre a estrutura do aço. Mas, devido à porosidade do mesmo, a penetração de fluidos provoca a degradação da armadura de aço (ANDRADE, 1992). Quanto mais poroso é o concreto, mais fácil ocorrerá o transporte interno de fluidos e agentes agressivos, e maior será a probabilidade de sua deterioração. Os principais agentes agressivos que provocam a degradação da armadura e do concreto são os íons cloretos (Cl-), encontrados principalmente em regiões marítimas e proximidades, e o dióxido de carbono (CO 2 ), presente na atmosfera e potencializado pela poluição proveniente das grandes cidades (SOUZA e RIPPER, 1998).
Esses agentes agressivos presentes na atmosfera podem degradar tanto o concreto, como as armaduras de aço, através de mecanismos de difusão, absorção capilar, permeabilidade e migração (FIGUEIREDO, 1994). O fenômeno da corrosão das armaduras
volumétrica – Método de ensaio (ABNT, 2012), referente à resistividade elétrica volumétrica sendo o ensaio de resistividade elétrica superficial preconizado por normas estrangeiras.
Um dos métodos mais usados para o ensaio da resistividade elétrica superficial do concreto é o método dos quatro pontos, ou também conhecido como método de Wenner, que possui vantagens em relação aos ensaios de resistividade elétrica volumétrica, pois pode ser empregado tanto no laboratório quanto in situ, além de ser um método não destrutivo que requer poucos equipamentos.
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. Objetivo geral
Tal trabalho tem como objetivo geral avaliar a influência do tempo de cura no desempenho e no comportamento da resistividade elétrica superficial do concreto, desde as primeiras idades até o mesmo ter atingido o estado endurecido.
1.2.2. Objetivo específico
Investigar os concretos com relações água∕aglomerante de: 0,35, com resistência à compressão de 60 MPa, sem cura, com cura submersa por 7 dias e com cura submersa por 14 dias, assim como os concreto com relação água/aglomerante de 0,50, com resistência a compressão de 40 MPa e 0,81, com resistência a compressão de 20 MPa, com as mesmas condições de cura do concreto de 60 MPa.
2. RESISTIVIDADE ELÉTRICA
Os conceitos de resistividade elétrica são provenientes da física. A resistividade elétrica (ρ) é uma característica geral dos materiais e é o inverso da condutividade elétrica (σ).
𝜌 = 1/𝜎 Equação (2.1)
A resistividade elétrica está relacionada à resistência a passagem de corrente elétrica por um determinado material, segundo a Equação 2.2.
𝑅 = 𝜌. 𝑙/𝐴 Equação (2.2)
Onde: R = Resistência elétrica do material (Ω);
ρ = Resistividade elétrica do material (Ω.m);
l = Comprimento do material (m);
A= Área da seção transversal do material (m²).
A lei de Ohm estabelece que a tensão ou diferença de potencial (V) sobre um resistor é proporcional a corrente (I) que o atravessa, conforme mostra a Equação 2.3.
𝑉 = 𝑅. 𝐼 Equação (2.3)
Dessa forma, pode-se determinar a resistência elétrica de um material, aplicando sobre o mesmo uma diferença de potencial (V) e medindo-se a corrente (I) que o atravessa.
A resistividade elétrica de um determinado material varia de acordo com sua a natureza. De acordo com os valores de resistividade, um determinado material pode ser definido como: Condutor, Isolante e Semicondutor.
Os materiais condutores caracterizam-se por possuírem uma alta capacidade de conduzir a corrente elétrica e, consequentemente, possuem uma baixa resistência elétrica. Em geral, os metais são bons condutores de corrente elétrica.
Os materiais isolantes possuem a característica contrária aos materiais condutores, ou seja, possuem uma baixa capacidade de condução de corrente e, por consequência, uma alta resistência elétrica. Exemplos de materiais isolantes são o plástico e o vidro.
diâmetros. Quanto menor é a relação água/cimento, menor será o volume de poros e a probabilidade de existirem poros com maiores diâmetros e interconectados (SANTOS, 2006). Isto levará a uma maior resistividade do concreto.
Chao-Lung et al (2011) observaram um aumento na resistividade elétrica a partir da redução do volume dos poros capilares e melhora da impermeabilidade do concreto devido à reação pozolânica provocada pela adição de cinza de casca de arroz.
Woelf e Lauer (1979 apud LENCIONI, 2011) verificaram a influência da relação a/c na resistividade do concreto. Para isto foram feitos três concretos com relações a/c de 0,4, 0, e 0,6, sendo a relação a/c 0,5 a mistura de referência. Eles concluíram que a resistividade elétrica do concreto, está diretamente relacionada à quantidade de água empregada na mistura.
Qualquer aumento do volume de água e da concentração de íons na solução aquosa dos poros diminui a resistividade da pasta de cimento e, de fato, a resistividade elétrica decresce rapidamente com o aumento da relação água/cimento, devido, principalmente, à maior disponibilidade de eletrólito e maior porosidade. Uma redução no consumo de cimento do concreto também resulta em aumento na resistividade elétrica, pois com relação água/cimento constante, mas com um consumo menor de cimento, existe menos eletrólito disponível para a passagem de corrente, como pode ser observado na Figura 2.1.
Figura 2.1 - Resistividade elétrica do concreto versus Relação água/cimento (Vicente, 2010).
2.1.2. Cura e grau de hidratação do cimento
Neville (1995) diz que, em concretos convencionais, a cura tende a garantir o mais alto grau de hidratação possível, possibilitando obter maior resistência e menor permeabilidade, além de minimizar os efeitos da retração autógena.
Aïtcin (2000) concluiu que em concretos de alto desempenho, a cura é ainda mais importante, devido à baixa velocidade de exsudação no estado plástico e auto-secagem e gradientes térmicos no concreto endurecido.
A cura de um concreto é um aspecto muito importante que afeta o comportamento a longo prazo, embora não exista um método para quantificá-lo. A resistividade elétrica poderia quantificar, já que detecta a secagem superficial e, consequentemente, o grau de saturação dos poros.
Helene (1993) afirma que a resistividade elétrica do concreto depende do grau de hidratação do cimento e eleva-se com o aumento deste.
Schulte, et. al (1978) afirmaram que, a variação da resistividade elétrica do concreto em condições semi-saturadas ocorre devido a condução iônica através da camada de água adsorvida nas paredes dos poros, enquanto nos concretos muito secos a condutividade diminui, e o concreto atua como isolante elétrico.
O grau de saturação na rede de poros capilares do concreto pode variar em função das condições atmosféricas do ambiente no qual esteja exposto. As chuvas e a umidade relativa alteram o conteúdo de umidade do concreto (CASTELLOTE et al, 2002).
A resistividade aumenta com a idade do concreto, o que significa progresso na hidratação do cimento.
Whitington et al (1981) afirmam que, uma vez que a quantidade de água evaporável em uma pasta de cimento comum varia de 60%, no momento inicial da mistura, a 20% após hidratação completa do cimento, a condutividade elétrica do concreto é função do tempo (ou idade do concreto).
Woelf e Lauer (1979) comparando corpos de prova curados ao ar com corpos de prova submetidos à cura úmida observaram que houve um aumento significativo da resistividade